moritz_hauser schrieb:dass niemand weiß, wie Gravitation funktioniert.
Dann will auch ich mal...
Geht der freie Fall, also das "Herunterfallen" immer in die selbe, geradezu objektive Richtung? Oder wird der Freie Fall durch die Gravitation ausgelöst, also durch die Anziehung einer Masse A durch eine Masse B? In letzterem Fall würde "unten" also den Mittelpunkt der lokal größten Masseansammlung bedeuten. Und dann wäre "unten" eben nicht stets die gleiche Richtung. Eben: wäre die Erde eine Kugel, dann würde alles in Kugeloberflächen-Nähe in Richtung Kugelmitte fallen. Was für einen fernen Betrachter sehr verschiedene Richtungen wäre. Stünde rechts jemand auf der Kugel und ließe etwas fallen, so fiele es nach links. Und so stünde jener Erdenbewohner rechts auch aufrecht, wenn sein Kopf nach rechts zeigte.
Das ginge nur, wenn Gravitation durch die Masse eines Objektes verursacht würde.
Aber wie will man das rausfinden?
Nun, auch wenn die Erde natürlich eine riesige Masse besitzt, so hat doch auch ein kleines Objekt eine Masse, nur ungleich weniger halt. Dennoch hat es Masse, müßte also auch eine gravitative Wirkung haben. Nehmen wir mal einen riesigen Berg, der auf der einen Seite von oben bis unten eine Steilwand besitzt. Stünde daneben nun ein Mensch, müßte er vor allem von der Erde unter seinen Füßen in Richtung unten angezogen werden. Aber auch ein Bißchen nur Bergseite hin. Eigentlich müßte dieser Mensch also ein bißchen schräg stehen. Mit dem Kopf etws weiter weg vom Berg als mit den Füßen. Nur: wie viel? Fällt das Bißchen überhaupt ins Gewicht? Fällt es überhaupt auf? Und vor allem, wie will man denn herausfinden, was die exakte Richtung zum Erdmittelpunkt ist, um damit dann die Ausrichtung des Menschen abzugleichen? Mit nem Lot ginge das nicht, denn das würde ja genauso schräg hängen, falls der Mensch schräg stünde.
Aber es gibt eine Möglichkeit herauszufinden, ob eine seitlich von Objekt A befindliche Masse C dieses Objekt A zur Seite hin anzieht.
* Man nehme eine dünne, stabile Metallstange und befestige an beiden Enden zwei Kugeln.
* Dann hänge man diese Konstruktion auf, und zwar so, daß die Stange mit den Kugelenden waagerecht dahängt.
* Die Aufhängung an der Decke darf aber nicht starr sein. Der Haken, an dem das Mobile hängt, muß sich bei geringster Kraft nach links oder rechts drehen können. Also irgendne Konstruktion mit nem gut gefetteten Kugellager-Apparillo oder so.
* Damit kein Luftzug das Mobile in Bewegung setzt, baut man sich noch nen Glaskolben, den man über das Ganze rüberstülpt, mit der einzigen Öffnung nach oben an die Decke.
* Nun bastelt man sich am Boden ebenso einen Kugellager-Apparillo.
* Auf einen großen Ring werden zwei senkrecht stehende Stangen angebracht und in diesen unteren Apparillo gesetzt.
* Ans Ende der Stangen kommt wieder je eine Kugel, diesmal aber ordentlich große Klopper mit viel Masse.
* Die großen Kugeln befinden sich nun auf der Höhe der kleinen Kugeln, außerhalb des Glaskolbens, aber sehr nahe an den kleinen Kugeln im Innern.
Wenn das mit der Gravitation durch Masse stimmt, müßten jetzt die beiden großen Kugeln die kleinen zu sich hin anziehen. Aber die Masse einer großen Kugel ist nichts im Vergleich mit dem großen Berg vom Anfang. Dieses Nachaußenziehen der inneren Kugeln werde ich nicht sehen können. Was dann?
Nun, ich verdrehe die beiden äußeren Kugeln auf ihrem Ring ein kleines Bißchen in Uhrzeigerrichtung. Nun müßten die beiden kleinen Kugeln im Inneren, die ja frei beweglich hängend sind, sich ebenfalls beide in Uhrzeigerrichtung bewegen. Allerdings auch das nur sehr minimal.
Wie aber kann ich das jetzt sichtbar machen? Nun, ich bastele auf die Mitte der Stange der beiden kleinen inneren Kugeln einen Spiegel dran. Dann stell ich ne Lichtquelle in den Raum, die nur einen punktförmigen Strahl auf den Spiegel abgibt. Der reflektiert den Strahl und wirft ihn auf die Wand des Raumes, in dem meine Konstruktion sich befindet. Sollte sich dann die Stange mit den beiden kleinen Kugeln nur sehr minimal drehen, so könnte ich immerhin an der Wand sehen, ob der hiesige Lichtpunkt sich um vielleicht einen Zehntelmillimeter in Uhrzeigersinn verschoben hat. Wenn ja, schiebe ich die großen Kugeln zurück. Wenn der Lichtpunkt auf seinen Ursprungsfleck an der Wand zurückgewandert ist, verschiebe ich die großen Kugeln nochmals. Diesmal in die entgegengesetzte Richtung, gegen den Uhrzeigersinn also. Nun müßte der Lichtpunkt wieder um einen Zehntelmillimeter gewandert sein, ebenfalls entgegen dem Uhrsinn.
1798 arbeitete Henry Cavendish mit so einer Konstruktion. Und zwar mit Erfolg.
Und damit wissen wir, daß die Gravitation von einer Masse ausgeht, und daß die Anziehung durch diese Masse eine Kraft darstellt, welche in Richtung des Massemittelpunktes jener anziehenden Masse wirkt.
Und damit wissen wir auch, daß wenn die Erde eine Scheibe wäre, die Menschen zum Rand dieser Scheibe hin nicht senkrecht zum Boden hin stehen könnten, sondern schräg stehen müßten, eben mit den Füßen hin zum Mittelpunkt der Erdscheibe hin. Je weiter vom Zentrum weg, desto schräger, je flacher die Erdscheibe, desto schräger. Aber überall stehen die Menschen senkrecht aufm Erdboden. Das aber geht nur bei Kugelgestalt der Erde.
Wikipedia: GravitationswaageEin anderer Beweis, daß die Erde eine Kugel ist, und zwar eine rotierende, wurde 1851 von Léon Foucault erbracht. Mit dem "Foucaultschen Pendel". Zunächst nahm er ein 2m großes Pendel, ließ es im Keller seines Hauses schwingen, später baute er ein 12m großes Pendel in der Pariser Sternwarte auf, schließlich ein 67m großes im Panthéon mit einem 28kg schweren Pendelgewicht. Die Schwerkraft wirkt nur senkrecht nach unten, egal ob mit Flacherd-Physik auf ner Flachen Erde oder mit richtiger Physik auf ner richtigen Kugelerde. Also müßte das Pendel zum tiefsten Punkt hin schwingen, in gerdar Linie da hin, und dank der Trägheit in die selbe Richtung weiter schwingen, bis die Schwerkraft das Pendel ausgebremst hat, sodaß das Pendel nun in die entgegengesetzte Richtung zurückschwingt bis zum tiefsten Punkt des Pendelgewichts, dann durch den Schwung darüber hinaus, dann wieder zurück, und immer so weiter, bis die Reibungskräfte an der Pendelaufhängung und durch den Luftwiderstand das Pendel komplett auspendeln gelassen haben. Je größer das Pendel, desto länger dauert das natürlich.
Da die Schwerkraft nur senkrecht wirkt, kann die Pendelrichtung sich nicht ändern (außer mal vor, mal zurück).
Aber sie änderte sich. Das Pendel pendelte immer schräger und schräger, immer weiter in die selbe seitliche Richtung abdriftend. Hier muß also eine andere Kraft als nur die Gravitation gewirkt haben.
Diese Kraft speist sich aus der Rotation der Erde. Nimm ein Pendel und laß es pendeln. Leg auf den Boden unter das Pendel eine große Scheibe, auf die Du auch gerne die Erde raufmalen kannst. Quasi ne Flacherde. Nun dreh diese Scheibe ganz langsam, während das Pendel darüber pendelt. Ein winziger Bewohner dieser Scheibe würde das Pendel über sich sehen, das Drehen der Scheibe nicht spüren, und würde denken, das Pendel würde sein Pendelrichtung ändern.
Nun baue so ein Foucaultsches Pendel mal nicht in Paris auf, sondern auf Patagonien oder Tasmanien oder in Südafrika. Also ohne ne Scheibe am Boden, die Du drehst, sondern wie der Foucault es in Paris gemacht hat. Auch dort wird das Pendel über Stunden hinweg seine Pendelrichtung kontinuierlich in eine Richtung verschieben.
Aber - in die entgegengesetzte Richtung!
Bei ner Erdscheibe ist das absolut unmöglich. Bei ner Erdkugel hingegen ist das völlig normal. Wenn Du Dich einen Tag lang auf den Kopf stellst, dann siehst Du die Erde entgegen dem Uhrzeigersinn am Himmel entlangwandern. Das ist das gleiche Phänomen. Du mußt "andersherum stehen". Unten kann keine absolute Richtung sein, sondern muß von Hemisphäre zu Hemisphäre entgegengerichtet sein. Letztlich also in Richtung einer Kugelmitte.
Ein Foucaultsches Pendel am Äquator übrigens ändert seine Pendelrichtung mit der Zeit überhaupt nicht. Auch das liegt an der Kugelgestalt. Und wäre auf einer Scheibe unmöglich.
Übrigens verschiebt sich die Pendelrichtung nur am Nordpol und am Südpol in 24 Stunden um einen ganzen Vollkreis. Je näher das Pendel in Richtung Äquator aufgebaut wird, desto geringer fällt die Stärke der Pendelrichtungsverschiebung aus, bis sie am Äquator eben exakt Null ist.
Das Foucaultsche Pendel beweist also ein Dreifaches.
1) Die Erde rotiert.
2) Die Erde ist eine Kugel.
3) Die Schwerkraft geht immer in Richtung Erdmittelpunkt.
Wikipedia: Foucaultsches Pendel
